JP2000091665A - Magnetoresistance effect film and manufacture thereof - Google Patents

Magnetoresistance effect film and manufacture thereof

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JP2000091665A
JP2000091665A JP10254474A JP25447498A JP2000091665A JP 2000091665 A JP2000091665 A JP 2000091665A JP 10254474 A JP10254474 A JP 10254474A JP 25447498 A JP25447498 A JP 25447498A JP 2000091665 A JP2000091665 A JP 2000091665A
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layer
buffer layer
magnetic
substrate
single crystal
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Taku Kondo
近藤  卓
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NEC Corp
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    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y25/00Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/32Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
    • H01F10/3218Exchange coupling of magnetic films via an antiferromagnetic interface

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To raise a magnetic field sensitivity by lowering a saturation magnetic field with no dropping in the magnetoresistance ratio of an artificial lattice film where the antiferromagnetic interaction works between magnetic layers. SOLUTION: When a magnetic layer 3 is made into a single crystal, cubic magneticanisotropy with four-fold symmetry in the thin film plane is generated due to a crystal magneticanisotropy. By applying a magnetic field in axis the direction of easy axis of magnetization within the thin film plane, the magnetic field where magnetization saturates becomes a minimum. The magnetic thin-film 3 which is a single crystal and a non-magnetic metal thin-film 4 are alternately laminated to form an artificial lattice film 5, so that the saturation magnetic field of manetoresistance ratio is lowered. The magnetic resistance ratio is determined by the type of the magnetic layer 3 and does not change even if the crystallinity of the magnetic layer 3 changes. So, the magnetoresistance ratio does not fall.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果膜及び
その製造方法に関し、特に磁気センサや薄膜磁気ヘッド
等に用いられる磁気抵抗効果膜及びその製造方法に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnetoresistive film and a method of manufacturing the same, and more particularly to a magnetoresistive film used for a magnetic sensor, a thin film magnetic head, and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】印加磁場により抵抗が変化する磁気抵抗
効果を利用した磁気抵抗効果膜は、磁場検出用センサや
磁気ヘッド等に用いられている。現在のところ、磁気抵
抗効果膜には、パーマロイを中心とした磁性合金薄膜が
用いられている。
2. Description of the Related Art A magnetoresistive film utilizing a magnetoresistive effect in which the resistance changes according to an applied magnetic field is used for a magnetic field detecting sensor, a magnetic head and the like. At present, a magnetic alloy thin film mainly made of permalloy is used as the magnetoresistive film.

【0003】この磁気抵抗効果膜は、電流方向と磁化方
向の相対角度に依存して生じる抵抗の差を利用したもの
であるが、その磁気抵抗比は3〜4%程度と小さく、高
感度化のためには、より磁気抵抗比の大きな材料が望ま
れている。
This magnetoresistive film utilizes a difference in resistance generated depending on the relative angle between the current direction and the magnetization direction. The magnetoresistive ratio is as small as about 3 to 4%, and the sensitivity is increased. Therefore, a material having a larger magnetoresistance ratio is desired.

【0004】このような材料の中で、コバルト(C
o)、鉄(Fe)等の磁性層と銅(Cu)、クロム(C
r)等の非磁性層を数ナノメーターの周期で交互に積層
した人工格子膜は、磁気抵抗比がパーマロイより1桁以
上大きく、磁気抵抗効果素子への応用が期待されてい
る。
Among such materials, cobalt (C
o), a magnetic layer such as iron (Fe) and copper (Cu), chromium (C
An artificial lattice film in which non-magnetic layers such as r) are alternately laminated at a period of several nanometers has a magnetoresistance ratio one order of magnitude higher than that of Permalloy, and is expected to be applied to a magnetoresistance effect element.

【0005】Co/CuやFe/Crなどの人工格子膜
では、非磁性層の厚さが約1nmであるとき、磁性層間
に反強磁性相互作用が働き、磁性層の磁化が一層おきに
逆方向を向く(反強磁性配列)。
In an artificial lattice film such as Co / Cu or Fe / Cr, when the thickness of the nonmagnetic layer is about 1 nm, antiferromagnetic interaction acts between the magnetic layers, and the magnetization of the magnetic layer is reversed every other layer. Orient (antiferromagnetic array).

【0006】磁気抵抗効果は、この磁化の反強磁性配列
が磁場の印加によって強磁性配列に変化することによっ
て生じる。反強磁性配列の時の抵抗をRmax、強磁性
配列の時の抵抗をRminとして表わされる磁気抵抗比
(Rmax−Rmin)/Rminは、Co/Cu人工
格子膜においては、室温で65%以上に達する。
[0006] The magnetoresistance effect is generated when the antiferromagnetic arrangement of the magnetization changes to a ferromagnetic arrangement by application of a magnetic field. The magnetoresistance ratio (Rmax−Rmin) / Rmin, where the resistance in the antiferromagnetic array is Rmax and the resistance in the ferromagnetic array is Rmin, is 65% or more at room temperature in the Co / Cu artificial lattice film. Reach.

【0007】この技術は「1991年6月10日、アプ
ライド・フィジックス・レター、第58巻、第23号、
第2710〜2712頁(S.S.P.Parkin
etal.,Appl.Phys.Lett.,P.2
710,VOL.58,NO.23,1991)」(以
下、文献1という)に開示されている。
This technique is described in "Applied Physics Letter, Vol. 58, No. 23, June 10, 1991,
2710 to 2712 (SSP Parkin)
et al. , Appl. Phys. Lett. , P. 2
710, VOL. 58, NO. 23, 1991) "(hereinafter referred to as Document 1).

【0008】又、磁性層と非磁性層とを交互に積層させ
て得られる磁気抵抗素子の他の例が特開平7−2119
55号公報(以下、文献2という)及び特開平6−29
5818号公報(以下、文献3という)に開示されてい
る。
Another example of a magnetoresistive element obtained by alternately laminating magnetic layers and nonmagnetic layers is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-2119.
No. 55 (hereinafter referred to as Document 2) and JP-A-6-29
No. 5818 (hereinafter referred to as Reference 3).

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】しかし、文献1に示さ
れる磁性層間に反強磁性相互作用が働く人工格子膜は、
磁気抵抗の飽和する(強磁性配列になる)磁場が室温で
数kOe〜10kOeと大きく、高い磁場感度が必要と
される磁気センサや磁気ヘッドに適用することは困難で
あった。
However, the artificial lattice film in which an anti-ferromagnetic interaction between magnetic layers described in Document 1 works,
The magnetic field at which the magnetic resistance saturates (becomes a ferromagnetic arrangement) is as large as several kOe to 10 kOe at room temperature, and it has been difficult to apply the magnetic field to a magnetic sensor or a magnetic head that requires high magnetic field sensitivity.

【0010】一方、人工格子膜の磁場感度を上げる試み
としては、磁性層の金属を軟磁性体のパーマロイ(Ni
Fe)やニッケル鉄コバルト合金(NiFeCo)に変
えるという方法が「1993年、ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジクス、第74巻、第4096頁(K.
Inomata et al.,J.Appl.Phy
s.,P.4096,VOL.74,1993)」(以
下、文献4という)、「1993年、ジャーナル・オブ
・マグネティズム・アンド・マグネティック・マテリア
ルズ、第121巻、第374頁(H.Sakakima
et al.,J.Magn.Magn.Mate
r.,P.374,VOL.121,1993)」(以
下、文献5という)が開示されているが、これら文献4
及び5の技術では磁場感度は改善しても、磁気抵抗比が
下がるという問題があった。
On the other hand, as an attempt to increase the magnetic field sensitivity of the artificial lattice film, the metal of the magnetic layer was replaced with a soft magnetic material of permalloy (Ni
Fe) or a nickel-iron-cobalt alloy (NiFeCo) is described in "1993, Journal of Applied Physics, Vol. 74, p. 4096 (K.
Inomata et al. , J. et al. Appl. Phys
s. , P. 4096, VOL. 74, 1993) "(hereinafter referred to as Reference 4)," 1993, Journal of Magnetics and Magnetic Materials, Vol. 121, p. 374 (H. Sakakima).
et al. , J. et al. Magn. Magn. Mate
r. , P. 374, VOL. 121, 1993) "(hereinafter referred to as Reference 5).
In the techniques of and 5, there is a problem that the magnetoresistance ratio decreases even though the magnetic field sensitivity is improved.

【0011】又、人工格子膜の大きな磁気抵抗比を保ち
つつ、その飽和磁場を小さくするための手段として、膜
面内に一軸磁気異方性を導入することが提案されてい
る。
It has been proposed to introduce uniaxial magnetic anisotropy in the film plane as a means for reducing the saturation magnetic field while maintaining a large magnetoresistance ratio of the artificial lattice film.

【0012】例えば、Fe/Cr人工格子膜の成膜時に
永久磁石により膜面内に100Oe程度の磁場を印加
し、膜面内に一軸磁気異方性を導入する方法が特開平4
−212402号公報(以下、文献6という)に開示さ
れ、(110)面をエピタキシャル成長させたFe/C
r人工格子膜に生ずる微細構造に由来する形状磁気異方
性により膜面内に一軸磁気異方性を導入する方法が「1
993年、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジク
ス、第73巻、第3922頁(W.Folkerts
and F.Hakkens,J.Appl.Phy
s.,P.3922,VOL.73,1993)」(以
下、文献7という)に開示されている。
For example, a method of applying a magnetic field of about 100 Oe to the film surface with a permanent magnet during the formation of the Fe / Cr artificial lattice film to introduce uniaxial magnetic anisotropy in the film surface is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 4 (1999) -197686.
-212402 (hereinafter referred to as Reference 6), which is obtained by epitaxially growing the (110) plane of Fe / C.
The method of introducing uniaxial magnetic anisotropy in the film plane by the shape magnetic anisotropy derived from the microstructure generated in the r artificial lattice film is described in “1.
993, Journal of Applied Physics, 73, 3922 (W. Folkerts)
and F. Hakkens, J .; Appl. Phys
s. , P. 3922, VOL. 73, 1993) ”(hereinafter referred to as Reference 7).

【0013】しかしながら、文献6の磁場中成膜により
一軸磁気異方性を導入して飽和磁場を下げる方法では、
導入しない時の飽和磁場を半減させる程度しか効果がな
く、又、文献7の微細構造により一軸磁気異方性を導入
して飽和磁場を下げる方法では、使用できる磁性金属が
制限されるという問題があった。
However, in the method described in Document 6, the method of introducing uniaxial magnetic anisotropy by film formation in a magnetic field to lower the saturation magnetic field is as follows:
The effect of reducing the saturation magnetic field by introducing a uniaxial magnetic anisotropy by the microstructure of Reference 7 to reduce the saturation magnetic field is only limited to the extent that the saturation magnetic field when not introduced is reduced by half. there were.

【0014】なお、文献2及び3にもこれらの問題点を
解決する手段は開示されていない。
[0014] Documents 2 and 3 do not disclose means for solving these problems.

【0015】このように、従来の技術では、磁性層間に
反強磁性相互作用が働く人工格子膜の磁気抵抗比を下げ
ることなく、飽和磁場を下げて磁場感度を上げることが
できないという問題点があった。
As described above, the conventional technique has a problem in that the saturation magnetic field cannot be reduced to increase the magnetic field sensitivity without lowering the magnetoresistance ratio of the artificial lattice film in which antiferromagnetic interaction occurs between the magnetic layers. there were.

【0016】そこで本発明の目的は、磁性層間に反強磁
性相互作用が働く人工格子膜の磁気抵抗比を下げること
なく、飽和磁場を下げて磁場感度を上げることができる
磁気抵抗効果膜及びその製造方法を提供することにあ
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a magnetoresistive film capable of increasing the magnetic field sensitivity by lowering the saturation magnetic field without lowering the magnetoresistance ratio of an artificial lattice film in which an antiferromagnetic interaction acts between magnetic layers. It is to provide a manufacturing method.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、磁性層と非磁性層とを交互に積層させた人
工格子膜を含む磁気抵抗効果膜であって、前記磁性層は
単結晶化された磁性層で形成されることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a magnetoresistive film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately laminated, wherein the magnetic layer is It is characterized by being formed of a single-crystallized magnetic layer.

【0018】本発明による他の発明は、磁性層と非磁性
層とを交互に積層させた人工格子膜を含む磁気抵抗効果
膜の製造方法であって、その方法は前記磁性層を単結晶
化する第1工程を含むことを特徴とする。
Another invention according to the present invention is a method of manufacturing a magnetoresistive effect film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked, the method comprising: It is characterized by including the first step of performing.

【0019】本発明及び本発明による他の発明によれ
ば、磁性層を単結晶化したとき結晶磁気異方性により薄
膜面内に4回対称の立方磁気異方性が生じる。その薄膜
面内の磁化容易軸方向に磁場を印加することにより、磁
化の飽和する磁場が最小となる。この単結晶化した磁性
薄膜と非磁性金属薄膜を交互に積層して人工格子膜を形
成することによって、磁気抵抗比の飽和磁場を下げるこ
とができる。
According to the present invention and another invention according to the present invention, when the magnetic layer is single-crystallized, a cubic magnetic anisotropy of four times symmetry is generated in the plane of the thin film due to the magnetocrystalline anisotropy. By applying a magnetic field in the direction of the easy axis of magnetization in the plane of the thin film, the magnetic field at which the magnetization is saturated is minimized. By forming the artificial lattice film by alternately laminating the single crystallized magnetic thin film and the nonmagnetic metal thin film, the saturation magnetic field of the magnetoresistance ratio can be reduced.

【0020】又、磁気抵抗比は磁性層の種類によって決
まり、磁性層の結晶性が変わっても変化しない。従っ
て、磁気抵抗比が下がることもない。
The magnetoresistance ratio is determined by the type of the magnetic layer, and does not change even if the crystallinity of the magnetic layer changes. Therefore, the magnetoresistance ratio does not decrease.

【0021】なお、前述の文献4では、磁性層そのもの
を変えて飽和磁場を下げているので磁気抵抗比が下がる
場合がある。
In the above-mentioned reference 4, since the saturation magnetic field is lowered by changing the magnetic layer itself, the magnetoresistance ratio may decrease.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。まず、第1の実施
の形態について説明する。図1は本発明に係る磁気抵抗
効果膜の第1の実施の形態の断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. First, a first embodiment will be described. FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a magnetoresistive film according to the present invention.

【0023】図1を参照して、磁気抵抗効果膜は基板1
と、この基板1上に設けられた第1バッファ層2と、こ
の第1バッファ層2上に設けられた人工格子膜5とから
なる。
Referring to FIG. 1, a magnetoresistive film is formed on a substrate 1.
And a first buffer layer 2 provided on the substrate 1 and an artificial lattice film 5 provided on the first buffer layer 2.

【0024】そして、人工格子膜5は単結晶化された磁
性層3と非磁性層4を交互に複数回積層して形成されて
いる。
The artificial lattice film 5 is formed by alternately laminating a single crystallized magnetic layer 3 and a non-magnetic layer 4 a plurality of times.

【0025】なお、バッファ層は、複数の金属からなる
多層膜でもよい。又、磁性層3の単結晶性を高めるに
は、非磁性層4の単結晶化も不可欠であり、そのために
は、基板1、バッファ層2の選択の最適化が必要であ
る。
Incidentally, the buffer layer may be a multilayer film composed of a plurality of metals. In addition, in order to enhance the single crystallinity of the magnetic layer 3, it is essential that the nonmagnetic layer 4 be monocrystallized. For that purpose, it is necessary to optimize the selection of the substrate 1 and the buffer layer 2.

【0026】次に、第2の実施の形態について説明す
る。第2の実施の形態は磁気抵抗効果膜の製造方法に関
するものである。図2は第2の実施の形態の処理工程を
示すフローチャートである。
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment relates to a method for manufacturing a magnetoresistive film. FIG. 2 is a flowchart showing the processing steps of the second embodiment.

【0027】図2を参照して、まず単結晶基板1を20
0℃〜700℃に加熱する(S1)。次に、この単結晶
基板1上に第1バッファ層2として2nm〜10nmの
体心立方格子金属または面心立方格子金属の単結晶膜を
形成する(S2)。
Referring to FIG. 2, first, single crystal substrate 1 is
Heat to 0 ° C to 700 ° C (S1). Next, a single crystal film of a body-centered cubic lattice metal or a face-centered cubic lattice metal of 2 nm to 10 nm is formed as the first buffer layer 2 on the single crystal substrate 1 (S2).

【0028】次に、この単結晶基板1及び第1バッファ
層2を250℃〜750℃で3〜7時間真空焼鈍する
(S3)。
Next, the single crystal substrate 1 and the first buffer layer 2 are annealed in a vacuum at 250 ° C. to 750 ° C. for 3 to 7 hours (S3).

【0029】次に、第2バッファ層6を形成する場合は
(S4にてイエスの場合)、第1バッファ層2上に第2
バッファ層6として室温で5nm〜20nmの立方格子
金属の単結晶膜を形成する(S5)。
Next, when forming the second buffer layer 6 (Yes in S4), the second buffer layer 6 is formed on the first buffer layer 2.
A single crystal film of a cubic lattice metal of 5 nm to 20 nm is formed at room temperature as the buffer layer 6 (S5).

【0030】次に、第2バッファ層6上に立方格子金属
の単結晶膜からなる磁性層と非磁性層のペアを10〜5
0回積層して人工格子5を形成する(S6)。
Next, a pair of a magnetic layer and a non-magnetic layer made of a single crystal film of a cubic lattice metal is formed on the second buffer layer 6 by 10 to 5 minutes.
The artificial lattice 5 is formed by laminating 0 times (S6).

【0031】一方、S4にて第2バッファ層6を形成し
ない場合は(S4にてノーの場合)、S3に続いてS6
の処理を行う。
On the other hand, when the second buffer layer 6 is not formed in S4 (No in S4), S6 follows S3.
Is performed.

【0032】なお、第2バッファ層6の形成を省略して
も本発明の目的は達成される。
The object of the present invention is achieved even if the formation of the second buffer layer 6 is omitted.

【0033】次に、実施例について説明する。Next, an embodiment will be described.

【0034】[0034]

【実施例】本発明の実施に当たっては、超高真空電子ビ
ーム蒸着装置(到達真空度は1×10−10トール)を
用いた。図3は超高真空電子ビーム蒸着装置の一例の構
成図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In carrying out the present invention, an ultra-high vacuum electron beam evaporation apparatus (attained vacuum of 1.times.10.sup.-10 torr) was used. FIG. 3 is a configuration diagram of an example of an ultrahigh vacuum electron beam evaporation apparatus.

【0035】超高真空電子ビーム蒸着装置10の真空チ
ャンバー11内には、基板加熱用ヒータ12と、蒸着速
度をモニターするための水晶振動子膜厚計13と、基板
1上に成長した膜の表面構造評価を行うための反射高速
電子線回折(RHEED)用の電子銃14と、蛍光スク
リーン15と、シャッタ16〜21と、蒸着源22〜2
6(24〜26は3連)と、ノーブルポンプ27と、導
入室28とが設けられている。
In a vacuum chamber 11 of the ultra-high vacuum electron beam evaporation apparatus 10, a heater 12 for heating a substrate, a quartz crystal film thickness meter 13 for monitoring a deposition rate, and a film An electron gun 14 for reflection high-energy electron diffraction (RHEED) for evaluating the surface structure, a fluorescent screen 15, shutters 16 to 21, and evaporation sources 22 to 2
6 (three for 24-26), a noble pump 27, and an introduction chamber 28 are provided.

【0036】蒸着時の真空度は10-9トール台であり、
膜成長速度は0.01〜0.02nm/sとした。
The degree of vacuum at the time of vapor deposition is on the order of 10 -9 torr,
The film growth rate was 0.01 to 0.02 nm / s.

【0037】この超高真空電子ビーム蒸着装置10の機
能を簡単に説明すると、まず蒸着源22として磁性層3
用の金属、蒸着源23として非磁性層4用の金属、蒸着
源24〜26として第1及び第2バッファ2,6用の金
属が配置される。
The function of the ultra-high vacuum electron beam evaporation apparatus 10 will be briefly described.
And a metal for the nonmagnetic layer 4 as the vapor deposition source 23, and a metal for the first and second buffers 2 and 6 as the vapor deposition sources 24-26.

【0038】又、基板1はヒータ12により加熱され、
この基板1上に第1バッファ層2を形成する場合は、シ
ャッタ19〜21のいずれかを開き、蒸着源24〜26
のいずれかを基板1上に蒸着する。
The substrate 1 is heated by the heater 12,
When forming the first buffer layer 2 on the substrate 1, one of the shutters 19 to 21 is opened and the evaporation sources 24 to 26 are opened.
Is deposited on the substrate 1.

【0039】次に、第1バッファ層2上に第2バッファ
層6を形成する場合も、シャッタ19〜21のいずれか
を開き、蒸着源24〜26のいずれかを第1バッファ層
2上に蒸着する。
Next, also when forming the second buffer layer 6 on the first buffer layer 2, one of the shutters 19 to 21 is opened, and one of the evaporation sources 24 to 26 is placed on the first buffer layer 2. Evaporate.

【0040】次に、第2バッファ層6上に磁性層3を形
成する場合は、シャッタ17を開き、蒸着源22を第2
バッファ層6上に蒸着する。
Next, when forming the magnetic layer 3 on the second buffer layer 6, the shutter 17 is opened and the evaporation source 22 is switched to the second
It is deposited on the buffer layer 6.

【0041】次に、磁性層3上に非磁性層4を形成する
場合は、シャッタ18を開き、蒸着源23を磁性層3上
に蒸着する。
Next, when the non-magnetic layer 4 is formed on the magnetic layer 3, the shutter 18 is opened, and the vapor deposition source 23 is vapor-deposited on the magnetic layer 3.

【0042】磁気抵抗は、室温で磁場を膜面に平行に印
加し、直流4端子法により測定した。磁化は、振動試料
型磁力計を用いて室温で測定した。磁気トルクは膜面に
平行に10kOeの磁場を印加して360度回転させる
ことによって測定した。
The magnetic resistance was measured at room temperature by applying a magnetic field parallel to the film surface and by a DC four-terminal method. The magnetization was measured at room temperature using a vibrating sample magnetometer. The magnetic torque was measured by applying a magnetic field of 10 kOe parallel to the film surface and rotating the film 360 degrees.

【0043】まず、第1実施例について説明する。図4
は第1実施例の処理工程を示すフローチャートである。
First, the first embodiment will be described. FIG.
5 is a flowchart showing the processing steps of the first embodiment.

【0044】超高真空電子ビーム蒸着装置10を用い、
Co/Cu人工格子膜を作製した。
Using the ultra-high vacuum electron beam evaporation apparatus 10,
A Co / Cu artificial lattice film was produced.

【0045】基板1としてMgO(001)単結晶を用
いた。まず、MgO基板1を400℃に加熱する(S1
1)。
As the substrate 1, an MgO (001) single crystal was used. First, the MgO substrate 1 is heated to 400 ° C. (S1
1).

【0046】次に、このMgO基板1上に3.5nmの
(体心立方格子金属である)Feバッファ層2を形成す
る(S12)。
Next, an Fe buffer layer 2 (which is a body-centered cubic lattice metal) of 3.5 nm is formed on the MgO substrate 1 (S12).

【0047】次に、このMgO基板1及びFeバッファ
層2を450℃で5時間真空焼鈍する(S13)。
Next, the MgO substrate 1 and the Fe buffer layer 2 are subjected to vacuum annealing at 450 ° C. for 5 hours (S13).

【0048】次に、室温で7nmの(面心立方格子金属
である)Cuバッファ層6をFeバッファ層2上に形成
する(S14)。
Next, a Cu buffer layer 6 (which is a face-centered cubic lattice metal) of 7 nm is formed on the Fe buffer layer 2 at room temperature (S14).

【0049】次に、室温で膜厚1.7nmの(面心立方
格子金属である)Co磁性層3及び膜厚1.2nmの
(面心立方格子金属である)Cu非磁性層4のペアを3
0回Cuバッファ層6上に積層する(S15)。
Next, a pair of a 1.7 nm-thick Co magnetic layer 3 (which is a face-centered cubic lattice metal) and a 1.2 nm-thick (non-face-centered cubic lattice metal) Cu magnetic layer 4 at room temperature. 3
It is stacked on the Cu buffer layer 6 zero times (S15).

【0050】以下、得られたこの人工格子膜を試料#1
とする。RHEEDパターンとx線回折パターンによ
り、試料#1が(001)面がエピタキシャル成長した
単結晶膜であることを確かめた。
Hereinafter, the obtained artificial lattice film was used as a sample # 1.
And From the RHEED pattern and the x-ray diffraction pattern, it was confirmed that Sample # 1 was a single crystal film in which the (001) plane was epitaxially grown.

【0051】図5は試料#1の室温でのトルク曲線図で
ある。磁場の初期印加方向(θ=0度)は、ほぼ[10
0]方向である。
FIG. 5 is a torque curve diagram of Sample # 1 at room temperature. The initial application direction of the magnetic field (θ = 0 degrees) is approximately [10
0] direction.

【0052】このトルク曲線図から、試料#1は、[1
10]方向を磁化容易軸とする4回対称の立方磁気異方
性をもつことが分かる。
From the torque curve diagram, the sample # 1 is [1
It can be seen that the cubic magnetic anisotropy is four-fold symmetric with the [10] direction as the easy axis of magnetization.

【0053】ここで、(001)面、[100]方向及
び[110]方向について説明する。これらは結晶学に
おける記号である。
Here, the (001) plane, the [100] direction and the [110] direction will be described. These are symbols in crystallography.

【0054】図6は(001)面、[100]方向及び
[110]方向の説明用模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the (001) plane, the [100] direction and the [110] direction.

【0055】同図に示すように(001)面とは、直方
体の上面をいい、[100]方向はx軸方向、[01
0]方向はy軸方向、[001]方向はz軸方向をい
い、[110]方向は[010]方向と[100]方向
との中間の方向をいう。
As shown in the figure, the (001) plane refers to the upper surface of a rectangular parallelepiped, the [100] direction is the x-axis direction, and the [01] direction is the [01] direction.
The [0] direction refers to the y-axis direction, the [001] direction refers to the z-axis direction, and the [110] direction refers to an intermediate direction between the [010] direction and the [100] direction.

【0056】次に、トルク曲線図について補足説明す
る。図7はトルク曲線図補足説明用模式図である。
Next, a supplementary explanation of the torque curve diagram will be given. FIG. 7 is a schematic diagram for supplementary explanation of a torque curve diagram.

【0057】本発明の人工格子5は図7に示すように
[110]方向(トルク曲線で45度方向)が磁化容易
軸で、さらに90度ずれた方向(トルク曲線で135度
方向)も磁化容易軸となる。
As shown in FIG. 7, in the artificial lattice 5 of the present invention, the [110] direction (45 ° direction in the torque curve) is the easy axis of magnetization, and the direction shifted further by 90 ° (135 ° direction in the torque curve) is also magnetized. Easy axis.

【0058】この人工格子5のトルク曲線は図5に示す
ように45度、135度、225度及び315度でゼロ
となり、4回対称の立方磁気異方性を示す。
As shown in FIG. 5, the torque curve of the artificial lattice 5 becomes zero at 45 degrees, 135 degrees, 225 degrees, and 315 degrees, indicating a cubic magnetic anisotropy with fourfold symmetry.

【0059】図8及び図9は磁場対磁気抵抗比特性図で
ある。図8及び図9は、試料#1の結晶磁気異方性の磁
化容易軸方向([110]方向)と磁化困難軸方向
([100]方向)に磁場を印加したときの磁気抵抗比
の磁場依存性をそれぞれ示す。なお、測定電流は磁場の
印加方向と垂直である。
FIGS. 8 and 9 are magnetic field versus magnetoresistance ratio characteristics. FIGS. 8 and 9 show the magnetic field of the magnetoresistance ratio when a magnetic field is applied in the easy axis direction ([110] direction) and the hard axis direction ([100] direction) of the crystal magnetic anisotropy of sample # 1. Dependencies are indicated. The measurement current is perpendicular to the direction in which the magnetic field is applied.

【0060】図10及び図11は磁場対磁化特性図であ
る。図10及び図11は、試料#1の結晶磁気異方性の
磁化容易軸方向([110]方向)と磁化困難軸方向
([100]方向)に磁場を印加したときの磁化曲線を
それぞれ示す。
FIGS. 10 and 11 are magnetic field versus magnetization characteristic diagrams. FIG. 10 and FIG. 11 show the magnetization curves of Sample # 1 when a magnetic field is applied in the easy axis direction ([110] direction) and the hard axis direction ([100] direction) of the magnetocrystalline anisotropy, respectively. .

【0061】図8〜図11より、試料#1の飽和磁場
は、磁化容易軸方向で200Oe、磁化困難軸方向で
1.5kOeであり、試料#1の磁場感度は、磁化容易
軸方向で磁化困難軸方向より7倍以上向上していること
が分かる。
8 to 11, the saturation magnetic field of the sample # 1 is 200 Oe in the easy axis direction and 1.5 kOe in the hard axis direction, and the magnetic field sensitivity of the sample # 1 is the magnetization in the easy axis direction. It can be seen that it is improved by 7 times or more than the hard axis direction.

【0062】上記におけるような磁場感度の向上は、単
結晶基板をSi(001)に変えても同様な結果が得ら
れた。又、Feバッファ層2を同じ体心立方格子金属で
あるクロム(Cr)に変えても同様な結果が得られた。
さらに、人工格子の磁性層3と非磁性層4をそれぞれ体
心立方格子金属のFeとCrに変えても同様の結果が得
られた。
The same result as described above was obtained by changing the single crystal substrate to Si (001). Similar results were obtained by changing the Fe buffer layer 2 to chromium (Cr), which is the same body-centered cubic lattice metal.
Further, similar results were obtained by changing the magnetic layer 3 and the nonmagnetic layer 4 of the artificial lattice to Fe and Cr of the body-centered cubic lattice metals, respectively.

【0063】次に、第2実施例について説明する。第2
実施例は(001)面がエピタキシャル成長したCo/
Cu人工格子膜の磁気抵抗比に及ぼす人工格子のエピタ
キシャル性(Co磁性層の単結晶性)の影響を調べたも
のである。
Next, a second embodiment will be described. Second
In the example, Co / (001) plane was epitaxially grown.
It is an investigation of the effect of the epitaxial property of the artificial lattice (single crystallinity of the Co magnetic layer) on the magnetoresistance ratio of the Cu artificial lattice film.

【0064】まず、その説明に入る前にx線回折パタン
及びロッキングカーブについて簡単に説明する。図12
はx線回折パタン説明用模式図である。
First, an x-ray diffraction pattern and a rocking curve will be briefly described before starting the description. FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an x-ray diffraction pattern.

【0065】図12に示すように、x線回折は試料にx
線を入射して反射してくるx線の強度(図13の縦軸)
を観測するものである。
As shown in FIG. 12, x-ray diffraction was
The intensity of the x-ray that is incident upon and reflected by the ray (vertical axis in FIG. 13)
Is observed.

【0066】その際、試料と入射x線とのなす角θ(観
測する反射x線と試料とのなす角も同じθに固定)を変
化させながら観測する。図12の横軸2θはその変化量
を示す。このようなx線の測定方法をθ−2θ測定とい
う。
At this time, observation is performed while changing the angle θ between the sample and the incident x-ray (the angle between the reflected x-ray to be observed and the sample is fixed to the same θ). The horizontal axis 2θ in FIG. 12 indicates the amount of change. Such an x-ray measurement method is referred to as θ-2θ measurement.

【0067】一方、ロッキングカーブはこの測定方法と
異なり、2θを固定したまま試料だけを回転させて測定
する方法である。この方法は、試料のエピタキシャル性
を調べるのに使用される。
On the other hand, the rocking curve is different from this measuring method in that only the sample is rotated while 2θ is fixed and measured. This method is used to determine the epitaxial nature of a sample.

【0068】Co/Cu人工格子膜の(001)面に対
応するピークに関して、ロッキングカーブを測定した。
A rocking curve was measured for a peak corresponding to the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film.

【0069】図13は磁気抵抗比、飽和磁場等を試料別
に記録した図である。図13に、Co/Cu人工格子膜
の磁気抵抗比とCo/Cu人工格子膜の(001)面に
対応するピークのロッキングカーブにおける半値幅Δω
との関係をまとめた。
FIG. 13 is a diagram in which the magnetoresistance ratio, the saturation magnetic field and the like are recorded for each sample. FIG. 13 shows the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film and the half width Δω in the rocking curve of the peak corresponding to the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film.
I summarized the relationship with.

【0070】一般に、半値幅Δωが小さくなる程、人工
格子のエピタキシャル性(単結晶性)は向上する。
In general, the smaller the half width Δω, the better the epitaxial property (single crystal property) of the artificial lattice.

【0071】次に、Co/Cu人工格子膜の磁気抵抗比
に及ぼす人工格子のCo/Cu界面の平坦性の影響を調
べた。図14は低角x線回折パタン図である。縦軸はx
線の強度(a.u.)、横軸はx線の反射角2θ(度;
deg)を示す。
Next, the influence of the flatness of the Co / Cu interface of the artificial lattice on the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film was examined. FIG. 14 is a low-angle x-ray diffraction pattern diagram. The vertical axis is x
Line intensity (au), the horizontal axis is the x-ray reflection angle 2θ (degrees;
deg).

【0072】試料#1では、人工格子の周期性と界面の
平坦性の良さを反映して、4次のピークまで観測されて
いる。同図に、1次ピークを31、2次ピークを32、
3次ピークを33、4次ピークを34で示す。
In sample # 1, up to the fourth peak is observed, reflecting the periodicity of the artificial lattice and the good flatness of the interface. In the figure, the primary peak is 31, the secondary peak is 32,
The third peak is indicated by 33 and the fourth peak by 34.

【0073】一般に、人工格子の界面の平坦性がよいほ
ど、より高次までピークが観測される。
Generally, the higher the flatness of the interface of the artificial lattice, the higher the peak is observed.

【0074】次に、図13に、Co/Cu人工格子膜の
磁気抵抗比とCo/Cu人工格子膜の低角の1次のピー
ク強度I1 に対する4次のピーク強度I4 の割合(I4
/I1 )との関係をまとめた。
Next, FIG. 13 shows the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film and the ratio of the fourth-order peak intensity I 4 to the low-angle first-order peak intensity I 1 of the Co / Cu artificial lattice film (I Four
/ I 1 ).

【0075】又、図15に、Co/Cu人工格子膜の磁
気抵抗比、Co/Cu人工格子膜の(001)面に対応
するピークのロッキングカーブにおける半値幅Δωの逆
数、及び、I4 /I1 との間の相関を示す。
FIG. 15 shows the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film, the reciprocal of the half width Δω in the rocking curve of the peak corresponding to the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film, and I 4 / 2 shows the correlation with I 1 .

【0076】ロッキングカーブの半値幅Δωが小さくな
る(逆数1/Δωが大きくなる)ほど、人工格子のエピ
タキシャル性はよくなり、I4 /I1 が大きくなるほ
ど、人工格子の界面の平坦性はよくなる。
As the half width Δω of the rocking curve decreases (the reciprocal 1 / Δω increases), the epitaxial property of the artificial lattice improves, and as I 4 / I 1 increases, the flatness of the interface of the artificial lattice improves. .

【0077】従って、図15に示すように、1/Δωと
4 /I1 とが増加するにつれて磁気抵抗比が大きくな
ることから、「エピタキシャル性と平坦性がよいほど、
磁気抵抗比が大きくなる」といえる。
Therefore, as shown in FIG. 15, the magnetoresistance ratio increases as 1 / Δω and I 4 / I 1 increase.
The magnetoresistance ratio increases. "

【0078】次に、第3実施例について説明する。第3
実施例は(001)面がエピタキシャル成長したCo/
Cu人工格子膜の飽和磁場に及ぼす人工格子の結晶磁気
異方性の影響を調べたものである。トルク曲線の振幅か
ら磁気異方性定数の大きさを求めた。
Next, a third embodiment will be described. Third
In the example, Co / (001) plane was epitaxially grown.
It is an examination of the effect of the crystal magnetic anisotropy of the artificial lattice on the saturation magnetic field of the Cu artificial lattice film. The magnitude of the magnetic anisotropy constant was determined from the amplitude of the torque curve.

【0079】図13にCo/Cu人工格子膜の飽和磁場
と磁気異方性定数の大きさとの関係をまとめた。図13
から分かるように、異方性定数の大きさが最大の時(試
料#1)、飽和磁場が最小になる(200Oe)が、磁
気抵抗比が10%未満の試料(#2,#3,#5,#
9)では、異方性定数の大きさと飽和磁場との相関がな
くなる。
FIG. 13 summarizes the relationship between the saturation magnetic field of the Co / Cu artificial lattice film and the magnitude of the magnetic anisotropy constant. FIG.
As can be seen from the graph, when the magnitude of the anisotropy constant is maximum (sample # 1), the saturation magnetic field becomes minimum (200 Oe), but the samples (# 2, # 3, ##) having a magnetoresistance ratio of less than 10% are obtained. 5, #
In 9), there is no correlation between the magnitude of the anisotropic constant and the saturation magnetic field.

【0080】このことは、飽和磁場の減少に対しても、
Co/Cu人工格子膜の(001)面のエピタキシャル
性とCo/Cu界面の平坦性が重要であることを示して
いる。
This means that the reduction of the saturation magnetic field
This indicates that the epitaxial property of the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film and the flatness of the Co / Cu interface are important.

【0081】次に、実施例4について説明する。図16
は実施例4の処理工程を示すフローチャートである。
Next, a fourth embodiment will be described. FIG.
9 is a flowchart illustrating processing steps of a fourth embodiment.

【0082】実施例1と同様にして、基板1としてMg
O(001)単結晶を用いた。まず、MgO基板1を6
00℃に加熱する(S21)。
In the same manner as in Example 1, Mg
An O (001) single crystal was used. First, the MgO substrate 1
Heat to 00 ° C (S21).

【0083】次に、このMgO基板1上に5nmの(面
心立方格子金属である)Ptバッファ層2を形成する
(S22)。
Next, a 5 nm (face-centered cubic lattice metal) Pt buffer layer 2 is formed on the MgO substrate 1 (S22).

【0084】次に、このMgO基板1及びPtバッファ
層2を450℃で4〜5時間真空焼鈍する(S23)。
Next, the MgO substrate 1 and the Pt buffer layer 2 are annealed in a vacuum at 450 ° C. for 4 to 5 hours (S23).

【0085】次に、室温で7nmの(面心立方格子金属
である)Cuバッファ層6をPtバッファ層2上に形成
する(S24)。
Next, a Cu buffer layer 6 (which is a face-centered cubic lattice metal) of 7 nm is formed on the Pt buffer layer 2 at room temperature (S24).

【0086】次に、室温で膜厚1.7nmの(面心立方
格子金属である)Co磁性層3及び膜厚1.2nmの
(面心立方格子金属である)Cu非磁性層4のペアを3
0回Cuバッファ層6上に積層する(S25)。
Next, a pair of a 1.7 nm-thick Co magnetic layer 3 (which is a face-centered cubic lattice metal) and a 1.2 nm thick Cu non-magnetic layer 4 (which is a face-centered cubic lattice metal) at room temperature. 3
It is laminated on the Cu buffer layer 6 0 times (S25).

【0087】以下、得られたこの人工格子膜を試料#1
0とする。RHEEDパターンとx線回折パターンによ
り、試料#10が(001)面がエピタキシャル成長し
た単結晶膜であることを確かめた。
Hereinafter, the obtained artificial lattice film was used as a sample # 1.
Set to 0. From the RHEED pattern and the x-ray diffraction pattern, it was confirmed that Sample # 10 was a single crystal film in which the (001) plane was epitaxially grown.

【0088】又、室温でのトルク測定により、試料#1
0が[110]方向を磁化容易軸とする4回対称の立方
磁気異方性をもつことがわかった。
The torque of the sample # 1 was measured at room temperature.
It was found that 0 had a cubic magnetic anisotropy of four times symmetry with the [110] direction as the easy axis of magnetization.

【0089】図17及び図18は磁場対磁気抵抗比特性
図である。図17及び図18は、試料#10の結晶磁気
異方性の磁化容易軸方向([110]方向)と磁化困難
軸方向([100]方向)に磁場を印加したときの磁気
抵抗比の磁場依存性をそれぞれ示す。測定電流は磁場の
印加方向と垂直である。
FIGS. 17 and 18 are magnetic field versus magnetoresistance ratio characteristics. FIGS. 17 and 18 show the magnetic field of the magnetoresistance ratio when a magnetic field is applied in the easy axis direction ([110] direction) and the hard axis direction ([100] direction) of the crystal magnetic anisotropy of sample # 10. Dependencies are indicated. The measurement current is perpendicular to the direction of application of the magnetic field.

【0090】又、図19及び図20は磁場対磁化特性図
である。図19と図20は、試料#10の結晶磁気異方
性の磁化容易軸方向([110]方向)と磁化困難軸方
向([100]方向)に磁場を印加したときの磁化曲線
をそれぞれ示す。
FIGS. 19 and 20 are magnetic field versus magnetization characteristic diagrams. FIGS. 19 and 20 show magnetization curves of the sample # 10 when a magnetic field is applied in the easy axis direction ([110] direction) and the hard axis direction ([100] direction) of the crystal magnetic anisotropy, respectively. .

【0091】図17〜図20より、試料#10の飽和磁
場は、磁化容易軸方向で300Oe、磁化困難軸方向で
1.5kOeであり、試料#10の磁場感度は、磁化容
易軸方向で磁化困難軸方向より5倍向上している。
17 to 20, the saturation magnetic field of sample # 10 is 300 Oe in the easy axis direction and 1.5 kOe in the hard axis direction, and the magnetic field sensitivity of sample # 10 is the magnetization in the easy axis direction. 5 times higher than in the hard axis direction.

【0092】上記におけるような磁場感度の向上は、単
結晶基板をSi(001)に変えても同様な結果が得ら
れた。また、Ptバッファ層を同じ面心立方格子金属で
あるパラジウム(Pd)に変えても同様な結果が得られ
た。
The same improvement in the magnetic field sensitivity as described above was obtained even when the single crystal substrate was changed to Si (001). Similar results were obtained by changing the Pt buffer layer to palladium (Pd), which is the same face-centered cubic lattice metal.

【0093】次に、第5実施例について説明する。第5
実施例では、実施例2と同様にPtをバッファ層とする
(001)面がエピタキシャル成長したCo/Cu人工
格子膜の磁気抵抗比に及ぼす人工格子のエピタキシャル
性(Co磁性層の単結晶性)とCo/Cu界面の平坦性
の影響を調べた。
Next, a fifth embodiment will be described. Fifth
In the embodiment, the epitaxial property of the artificial lattice (the single crystallinity of the Co magnetic layer) affects the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film in which the (001) plane with Pt as the buffer layer is epitaxially grown, as in the second embodiment. The influence of the flatness of the Co / Cu interface was examined.

【0094】図21は磁気抵抗比、飽和磁場等を試料別
に記録した図である。図21に、Co/Cu人工格子膜
の磁気抵抗比とCo/Cu人工格子膜の(001)面に
対応するピークのロッキングカーブにおける半値幅Δ
ω、及び、I4 /I1 との関係をまとめた。
FIG. 21 is a diagram in which the magnetoresistance ratio, the saturation magnetic field and the like are recorded for each sample. FIG. 21 shows the magnetoresistance ratio of the Co / Cu artificial lattice film and the half width Δ in the rocking curve of the peak corresponding to the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film.
The relationship between ω and I 4 / I 1 was summarized.

【0095】試料#10の低角x線回折パターンを図1
4(b)に示す。同図から分かるように、Ptをバッフ
ァ層としたCo/Cu人工格子膜においても、その(0
01)面のエピタキシャル性とCo/Cu界面の平坦性
がよい程、磁気抵抗比が大きくなるといえる。
FIG. 1 shows the low-angle x-ray diffraction pattern of sample # 10.
This is shown in FIG. As can be seen from the figure, even in the Co / Cu artificial lattice film using Pt as the buffer layer, the (0
It can be said that the better the epitaxial property of the (01) plane and the flatness of the Co / Cu interface, the higher the magnetoresistance ratio.

【0096】同図に、1次ピークを41、2次ピークを
42、3次ピークを43、4次ピークを44で示す。
In the figure, the first peak is indicated by 41, the second peak is indicated by 42, the third peak is indicated by 43, and the fourth peak is indicated by 44.

【0097】次に、第6実施例について説明する。第6
実施例では、実施例3と同様に、(001)面がエピタ
キシャル成長したCo/Cu人工格子膜の飽和磁場に及
ぼす人工格子の結晶磁気異方性の影響を調べた。トルク
曲線の振幅から磁気異方性定数の大きさを求めた。
Next, a sixth embodiment will be described. Sixth
In the example, as in the example 3, the influence of the crystal magnetic anisotropy of the artificial lattice on the saturation magnetic field of the Co / Cu artificial lattice film having the (001) plane epitaxially grown was examined. The magnitude of the magnetic anisotropy constant was determined from the amplitude of the torque curve.

【0098】図21に、Co/Cu人工格子膜の飽和磁
場と磁気異方性定数の大きさとの関係をまとめた。図2
1から分かるように、異方性定数の大きさが最大の時
(試料#10)、飽和磁場が最小になる(300Oe)
が、磁気抵抗比が10%未満の試料では、異方性定数の
大きさと飽和磁場との相関がなくなる。
FIG. 21 summarizes the relationship between the saturation magnetic field of the Co / Cu artificial lattice film and the magnitude of the magnetic anisotropy constant. FIG.
As can be seen from FIG. 1, when the magnitude of the anisotropy constant is maximum (sample # 10), the saturation magnetic field becomes minimum (300 Oe).
However, in a sample having a magnetoresistance ratio of less than 10%, there is no correlation between the magnitude of the anisotropic constant and the saturation magnetic field.

【0099】このことは、飽和磁場の減少に対しても、
Co/Cu人工格子膜の(001)面のエピタキシャル
性とCo/Cu界面の平坦性が重要であることを示して
いる。
This means that the decrease in the saturation magnetic field
This indicates that the epitaxial property of the (001) plane of the Co / Cu artificial lattice film and the flatness of the Co / Cu interface are important.

【0100】[0100]

【発明の効果】本発明によれば、磁性層と非磁性層とを
交互に積層させた人工格子膜を含む磁気抵抗効果膜であ
って、前記磁性層は単結晶化された磁性層で形成される
ため、磁性層間に反強磁性相互作用が働く人工格子膜の
磁気抵抗比を下げることなく、飽和磁場を下げて磁場感
度を上げることができる。
According to the present invention, there is provided a magnetoresistance effect film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately laminated, wherein the magnetic layer is formed of a single-crystallized magnetic layer. Therefore, the saturation magnetic field can be reduced and the magnetic field sensitivity can be increased without lowering the magnetoresistance ratio of the artificial lattice film in which antiferromagnetic interaction acts between the magnetic layers.

【0101】又、本発明による他の発明によれば、磁性
層と非磁性層とを交互に積層させた人工格子膜を含む磁
気抵抗効果膜の製造方法であって、その方法は前記磁性
層を単結晶化する第1工程を含むため、磁性層間に反強
磁性相互作用が働く人工格子膜の磁気抵抗比を下げるこ
となく、飽和磁場を下げて磁場感度を上げることができ
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a magnetoresistive effect film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked, the method comprising: Since the first step of single crystallizing is performed, the saturation magnetic field can be reduced and the magnetic field sensitivity can be increased without lowering the magnetoresistance ratio of the artificial lattice film in which antiferromagnetic interaction acts between the magnetic layers.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る磁気抵抗効果膜の第1の実施の形
態の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a first embodiment of a magnetoresistive film according to the present invention.

【図2】第2の実施の形態の処理工程を示すフローチャ
ートである。
FIG. 2 is a flowchart illustrating processing steps according to a second embodiment.

【図3】超高真空電子ビーム蒸着装置の一例の構成図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram of an example of an ultra-high vacuum electron beam evaporation apparatus.

【図4】第1実施例の処理工程を示すフローチャートで
ある。
FIG. 4 is a flowchart showing processing steps of the first embodiment.

【図5】試料#1の室温でのトルク曲線図である。FIG. 5 is a torque curve diagram of Sample # 1 at room temperature.

【図6】(001)面、[100]方向及び[110]
方向の説明用模式図である。
FIG. 6: (001) plane, [100] direction and [110]
It is an explanatory schematic diagram of a direction.

【図7】トルク曲線図補足説明用模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram for supplementary explanation of a torque curve diagram.

【図8】磁場対磁気抵抗比特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram of a magnetic field versus a magnetoresistance ratio.

【図9】磁場対磁気抵抗比特性図である。FIG. 9 is a characteristic diagram of a magnetic field versus a magnetoresistance ratio.

【図10】磁場対磁化特性図である。FIG. 10 is a diagram showing a magnetic field versus magnetization characteristic.

【図11】磁場対磁化特性図である。FIG. 11 is a diagram showing magnetic field versus magnetization characteristics.

【図12】x線回折パタン説明用模式図である。FIG. 12 is a schematic diagram for explaining an x-ray diffraction pattern.

【図13】磁気抵抗比、飽和磁場等を試料別に記録した
図である。
FIG. 13 is a diagram in which a magnetoresistance ratio, a saturation magnetic field, and the like are recorded for each sample.

【図14】低角x線回折パタン図である。FIG. 14 is a low-angle x-ray diffraction pattern diagram.

【図15】磁気抵抗比、ロッキングカーブにおける半値
幅Δωの逆数及びI4 /I1 の相関を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing the correlation between the magnetoresistance ratio, the reciprocal of the half width Δω in the rocking curve, and I 4 / I 1 .

【図16】実施例4の処理工程を示すフローチャートで
ある。
FIG. 16 is a flowchart illustrating processing steps according to a fourth embodiment.

【図17】磁場対磁気抵抗比特性図である。FIG. 17 is a graph showing a magnetic field versus magnetoresistance ratio characteristic.

【図18】磁場対磁気抵抗比特性図である。FIG. 18 is a diagram showing a magnetic field versus magnetoresistance ratio characteristic.

【図19】磁場対磁化特性図である。FIG. 19 is a diagram showing magnetic field versus magnetization characteristics.

【図20】磁場対磁化特性図である。FIG. 20 is a diagram showing a magnetic field versus magnetization characteristic.

【図21】磁気抵抗比、飽和磁場等を試料別に記録した
図である。
FIG. 21 is a diagram in which a magnetoresistance ratio, a saturation magnetic field, and the like are recorded for each sample.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 第1バッファ層 3 磁性層 4 非磁性層 5 人工格子膜 6 第2バッファ層 Reference Signs List 1 substrate 2 first buffer layer 3 magnetic layer 4 nonmagnetic layer 5 artificial lattice film 6 second buffer layer

Claims (28)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 磁性層と非磁性層とを交互に積層させた
人工格子膜を含む磁気抵抗効果膜であって、 前記磁性層は単結晶化された磁性層で形成されることを
特徴とする磁気抵抗効果膜。
1. A magnetoresistance effect film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked, wherein the magnetic layer is formed of a single-crystallized magnetic layer. Magnetoresistive film.
【請求項2】 前記非磁性層は単結晶化された非磁性層
で形成されることを特徴とする請求項1記載の磁気抵抗
効果膜。
2. The magnetoresistive film according to claim 1, wherein said nonmagnetic layer is formed of a single crystallized nonmagnetic layer.
【請求項3】 基板と、この基板上に設けられたバッフ
ァ層と、このバッファ層上に設けられた前記人工格子膜
とからなることを特徴とする請求項1又は2記載の磁気
抵抗効果膜。
3. The magnetoresistive film according to claim 1, comprising a substrate, a buffer layer provided on the substrate, and the artificial lattice film provided on the buffer layer. .
【請求項4】 前記バッファ層は材質の異なる第1及び
第2バッファ層からなることを特徴とする請求項3記載
の磁気抵抗効果膜。
4. The magnetoresistive film according to claim 3, wherein said buffer layer comprises first and second buffer layers made of different materials.
【請求項5】 前記バッファ層は体心又は面心立方格子
金属の単結晶膜で形成され、前記磁性層及び非磁性層は
立方格子金属の単結晶膜で形成されることを特徴とする
請求項3記載の磁気抵抗効果膜。
5. The method according to claim 1, wherein the buffer layer is formed of a single-crystal film of a body-centered or face-centered cubic lattice metal, and the magnetic layer and the nonmagnetic layer are formed of a single-crystal film of a cubic lattice metal. Item 4. A magnetoresistive film according to item 3.
【請求項6】 前記第1バッファ層は体心又は面心立方
格子金属の単結晶膜で形成され、前記第2バッファ層は
立方格子金属の単結晶膜で形成され、前記磁性層及び非
磁性層は立方格子金属の単結晶膜で形成されることを特
徴とする請求項4記載の磁気抵抗効果膜。
6. The first buffer layer is formed of a single-crystal film of a body-centered or face-centered cubic lattice metal, and the second buffer layer is formed of a single-crystal film of a cubic lattice metal. 5. The magnetoresistive film according to claim 4, wherein the layer is formed of a cubic lattice metal single crystal film.
【請求項7】 前記基板は酸化マグネシウム(MgO)
単結晶で形成され、前記バッファ層は鉄(Fe)で形成
され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記
非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請
求項3又は5記載の磁気抵抗効果膜。
7. The substrate is made of magnesium oxide (MgO).
The buffer layer is formed of iron (Fe), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu). 6. The magnetoresistive film according to 3 or 5.
【請求項8】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で形
成され、前記バッファ層はクロム(Cr)で形成され、
前記磁性層は鉄(Fe)で形成され、前記非磁性層はク
ロム(Cr)で形成されることを特徴とする請求項3又
は5記載の磁気抵抗効果膜。
8. The substrate is formed of silicon (Si) single crystal, the buffer layer is formed of chromium (Cr),
The magnetoresistive film according to claim 3, wherein the magnetic layer is formed of iron (Fe), and the nonmagnetic layer is formed of chromium (Cr).
【請求項9】 前記基板は酸化マグネシウム(MgO)
単結晶で形成され、前記第1バッファ層は鉄(Fe)で
形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形成さ
れ、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記非
磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請求
項4又は6記載の磁気抵抗効果膜。
9. The method according to claim 1, wherein the substrate is magnesium oxide (MgO).
The first buffer layer is formed of iron (Fe), the second buffer layer is formed of copper (Cu), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the non-magnetic layer is formed of single crystal. 7. The magnetoresistive effect film according to claim 4, wherein is formed of copper (Cu).
【請求項10】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記第1バッファ層はクロム(Cr)で形成
され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形成され、前
記磁性層は鉄(Fe)で形成され、前記非磁性層はクロ
ム(Cr)で形成されることを特徴とする請求項4又は
6記載の磁気抵抗効果膜。
10. The substrate is formed of silicon (Si) single crystal, the first buffer layer is formed of chromium (Cr), the second buffer layer is formed of copper (Cu), and the magnetic layer is formed of 7. The magnetoresistive film according to claim 4, wherein the nonmagnetic layer is formed of iron (Fe), and the nonmagnetic layer is formed of chromium (Cr).
【請求項11】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記バッファ層は白金(Pt)
で形成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成さ
れ、前記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴
とする請求項3又は5記載の磁気抵抗効果膜。
11. The substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) a single crystal, wherein the buffer layer is platinum (Pt)
6. The magnetoresistive film according to claim 3, wherein the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu).
【請求項12】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記バッファ層はパラジウム(Pd)で形成
され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記
非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請
求項3又は5記載の磁気抵抗効果膜。
12. The substrate is formed of silicon (Si) single crystal, the buffer layer is formed of palladium (Pd), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is copper (Cu). 6. The magnetoresistive film according to claim 3, wherein the magnetoresistive effect film is formed by:
【請求項13】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記第1バッファ層は白金(P
t)で形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形
成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前
記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする
請求項4又は6記載の磁気抵抗効果膜。
13. The method according to claim 1, wherein the substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) single crystal, and the first buffer layer is formed of platinum (P
t), wherein the second buffer layer is formed of copper (Cu), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu). The magnetoresistive film according to claim 4.
【請求項14】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記第1バッファ層はパラジウム(Pd)で
形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形成さ
れ、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記非
磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請求
項4又は6記載の磁気抵抗効果膜。
14. The substrate is made of silicon (Si) single crystal, the first buffer layer is made of palladium (Pd), the second buffer layer is made of copper (Cu), and the magnetic layer is 7. The magnetoresistive film according to claim 4, wherein the nonmagnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu).
【請求項15】 磁性層と非磁性層とを交互に積層させ
た人工格子膜を含む磁気抵抗効果膜の製造方法であっ
て、 前記磁性層を単結晶化する第1工程を含むことを特徴と
する磁気抵抗効果膜の製造方法。
15. A method for manufacturing a magnetoresistive film including an artificial lattice film in which magnetic layers and nonmagnetic layers are alternately stacked, comprising a first step of monocrystallizing the magnetic layer. A method for manufacturing a magnetoresistive film.
【請求項16】 前記第1工程には非磁性層を単結晶化
することも含まれることを特徴とする請求項15記載の
磁気抵抗効果膜の製造方法。
16. The method according to claim 15, wherein the first step includes single crystallizing the non-magnetic layer.
【請求項17】 前記第1工程は、基板を加熱する第2
工程と、この第2工程の次に前記基板上にバッファ層を
形成する第3工程と、この第3工程の次に前記バッファ
層上に単結晶化された前記磁性層及び前記非磁性層を形
成する第4工程とからなることを特徴とする請求項15
又は16記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
17. The method according to claim 17, wherein the first step includes heating a substrate.
A step of forming a buffer layer on the substrate after the second step; and a step of forming the single crystallized magnetic layer and the non-magnetic layer on the buffer layer after the third step. 16. The method according to claim 15, comprising a fourth step of forming.
17. A method for producing a magnetoresistive film according to item 16.
【請求項18】 前記第3工程は第1バッファ層を形成
する第5工程と、第2バッファ層を形成する第6工程と
からなることを特徴とする請求項17記載の磁気抵抗効
果膜の製造方法。
18. The magnetoresistive film according to claim 17, wherein said third step includes a fifth step of forming a first buffer layer and a sixth step of forming a second buffer layer. Production method.
【請求項19】 前記第3工程にて形成されたバッファ
層は体心又は面心立方格子金属の単結晶膜であり、前記
第4工程にて形成された磁性層及び非磁性層は立方格子
金属の単結晶膜であることを特徴とする請求項17記載
の磁気抵抗効果膜の製造方法。
19. The buffer layer formed in the third step is a single crystal film of a body-centered or face-centered cubic lattice metal, and the magnetic layer and the non-magnetic layer formed in the fourth step are cubic lattices. 18. The method according to claim 17, wherein the method is a metal single crystal film.
【請求項20】 前記第5工程にて形成された第1バッ
ファ層は体心又は面心立方格子金属の単結晶膜であり、
前記第6工程にて形成された第2バッファ層は立方格子
金属の単結晶膜であり、前記第4工程にて形成された磁
性層及び非磁性層は立方格子金属の単結晶膜であること
を特徴とする請求項18記載の磁気抵抗効果膜の製造方
法。
20. The first buffer layer formed in the fifth step is a single crystal film of a body-centered or face-centered cubic lattice metal,
The second buffer layer formed in the sixth step is a single crystal film of a cubic lattice metal, and the magnetic layer and the nonmagnetic layer formed in the fourth step are single crystal films of a cubic lattice metal 19. The method of manufacturing a magnetoresistive film according to claim 18, wherein:
【請求項21】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記バッファ層は鉄(Fe)で
形成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、
前記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とす
る請求項17又は19記載の磁気抵抗効果膜の製造方
法。
21. The method according to claim 19, wherein the substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) a single crystal, the buffer layer is formed of iron (Fe), the magnetic layer is formed of cobalt (Co),
20. The method according to claim 17, wherein the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu).
【請求項22】 前記基板はSi単結晶で形成され、前
記バッファ層はクロム(Cr)で形成され、前記磁性層
は鉄(Fe)で形成され、前記非磁性層はクロム(C
r)で形成されることを特徴とする請求項17又は19
記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
22. The substrate is formed of single crystal Si, the buffer layer is formed of chromium (Cr), the magnetic layer is formed of iron (Fe), and the nonmagnetic layer is formed of chromium (C).
20. The method as claimed in claim 19, characterized in that it is formed in r).
A method for producing the magnetoresistive film according to the above.
【請求項23】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記第1バッファ層は鉄(F
e)で形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形
成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前
記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする
請求項18又は20記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
23. The method according to claim 20, wherein the substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) single crystal, and the first buffer layer is made of iron (F)
e), wherein the second buffer layer is formed of copper (Cu), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the non-magnetic layer is formed of copper (Cu). The method for manufacturing a magnetoresistive film according to claim 18.
【請求項24】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記第1バッファ層はクロム(Cr)で形成
され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形成され、前
記磁性層は鉄(Fe)で形成され、前記非磁性層はクロ
ム(Cr)で形成されることを特徴とする請求項18又
は20記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
24. The substrate, wherein the substrate is made of silicon (Si) single crystal, the first buffer layer is made of chromium (Cr), the second buffer layer is made of copper (Cu), and the magnetic layer is 21. The method according to claim 18, wherein the nonmagnetic layer is formed of iron (Fe), and the nonmagnetic layer is formed of chromium (Cr).
【請求項25】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記バッファ層は白金(Pt)
で形成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成さ
れ、前記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴
とする請求項17又は19記載の磁気抵抗効果膜の製造
方法。
25. The method according to claim 25, wherein the substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) a single crystal, wherein the buffer layer is platinum (Pt)
20. The method of claim 17, wherein the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu).
【請求項26】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記バッファ層はパラジウム(Pd)で形成
され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記
非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請
求項17又は19記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
26. The substrate is formed of silicon (Si) single crystal, the buffer layer is formed of palladium (Pd), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the non-magnetic layer is formed of copper (Cu). 20. The method of manufacturing a magnetoresistive film according to claim 17 or 19, wherein
【請求項27】 前記基板は酸化マグネシウム(Mg
O)単結晶で形成され、前記第1バッファ層は白金(P
t)で形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形
成され、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前
記非磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする
請求項18又は20記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
27. The method according to claim 27, wherein the substrate is made of magnesium oxide (Mg).
O) single crystal, and the first buffer layer is formed of platinum (P
t), wherein the second buffer layer is formed of copper (Cu), the magnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu). The method for manufacturing a magnetoresistive film according to claim 18.
【請求項28】 前記基板はシリコン(Si)単結晶で
形成され、前記第1バッファ層はパラジウム(Pd)で
形成され、前記第2バッファ層は銅(Cu)で形成さ
れ、前記磁性層はコバルト(Co)で形成され、前記非
磁性層は銅(Cu)で形成されることを特徴とする請求
項18又は20記載の磁気抵抗効果膜の製造方法。
28. The substrate, wherein the substrate is made of single crystal silicon (Si), the first buffer layer is made of palladium (Pd), the second buffer layer is made of copper (Cu), and the magnetic layer is 21. The method according to claim 18, wherein the nonmagnetic layer is formed of cobalt (Co), and the nonmagnetic layer is formed of copper (Cu).
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